科研新发现 | 灰树花活性多糖F2具有降血糖作用

2019-09-26

聚焦重点

现代药理学研究发现,灰树花具有显著的降血糖、抗肝炎、抗HIV病毒以及改善免疫系统功能等作用,其主要化学成分是多糖、蛋白质、维生素、微量元素、甾醇类、多酚类、生物碱类等。广东省微生物研究所吴清平院士、肖春博士带领团队长期致力于探索灰树花降血糖的奥秘,在《Food &Function》上发表文章《Hypoglycemic effects of Grifola frondosa (Maitake) polysaccharides F2 and F3 through improvement of insulin resistance in diabetic rats》,其中具有降血糖功效的灰树花多糖F2的制备方法于2018年获得美国专利授权(专利号 US10155822B2)。

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糖尿病的前世今生

提起糖尿病读者们大概对这个名词不陌生。说得惊悚一点,在你看这篇文章的时候稍稍停顿一下,数上七八个你熟悉的亲朋好友的名字,那么按照概率,这七八个人当中可能就会有一位糖尿病患者。这并不是危言耸听,据官方数据表明,2017年中国糖尿病患者人数1.144亿位居全球第一,甚至有人开玩笑说,除了流行感冒,糖尿病乃是人类社会第二常见的疾病!

作者咨询了下周围的亲朋好友,发现大家在提到糖尿病时,也都大概知道这种疾病和血糖水平相关,少数人也能提到胰岛素的作用,不过说起为什么过高的血糖水平有害,胰岛素到底又是干什么的,许多朋友还是并不了解。

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在文章的开头,还是让作者花一点笔墨,给读者们稍微展开说说血糖、胰岛素和糖尿病之间的联系吧。人体有一套血糖稳压系统,主要就是两个蛋白质分子的作用:胰岛素(insulin)和胰高血糖素(glucagon),胰岛素的功能是给血糖“减压”:当血液中葡萄糖水平过高时,胰腺上的胰岛素合成细胞beta细胞(beta cell)分泌胰岛素;胰高血糖素的功能则是给血糖“升压”:当血糖水平过低时,胰腺上的alpha细胞(alpha cell)分泌胰高血糖素。

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血糖调节系统


糖尿病是一种古老的疾病,早在公元前,古埃及埃伯斯氏古医书(Ebers Papyrus)就记载了一种症状为“多饮多尿”的疾病,甚至还记载了利用谷物、水果和甜酒对此进行治疗的过程。中国东汉时期,人们已经开始用“消渴症”来描述糖尿病症状。隋代的《古今录验方》中也记载了“小便至甜”的观察。药王孙思邈甚至在唐代已经第一次提出糖尿病的运动和饮食疗法,建议少吃面食,多运动,这几乎和当下医生们给糖尿病患者的生活建议不谋而合。

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埃伯斯氏古医书


糖尿病与遗传因素有关,也与饮食过量、运动量少、吸烟、酗酒、环境污染等环境因素有关。糖尿病主要有三种类型:Ⅰ型糖尿病,Ⅱ型糖尿病和妊娠期糖尿病。

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糖尿病的诊断标准(数据来自2017年IDF全球糖尿病地图)


Ⅰ型糖尿病的发病机理简单来说可以理解成,我们身体里负责分泌胰岛素的beta细胞(下图左图中的蓝色细胞-->右图中的黑色残骸)被我们自身的免疫细胞杀死,导致负责血糖灵敏监测的系统出了问题,身体无法再分泌胰岛素。目前所知,Ⅰ型糖尿病应该是一种自身免疫疾病,患者往往是儿童,患者幼年时期就已经发病,因此一度也被称为“幼年糖尿病”。

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图片来自HealthCentral.com


Ⅱ型糖尿病,占到糖尿病人的绝大多数。这种反应器失灵的症状临床上有时候也可以用“胰岛素抵抗”(insulin resistance)来描述。简单来说,虽然beta细胞产生胰岛素的机制总体而言还在运转,但是肌肉、脂肪和肝脏细胞却失去了对胰岛素的响应。在正常条件下(左图),胰岛素(黄色颗粒)进入血液后,可以打开肌肉与脂肪细胞上葡萄糖通道GLUT4的大门,使得葡萄糖分子(蓝色颗粒)可以迅速进入这些细胞变成糖原。而在Ⅱ型糖尿病中(右图),胰岛素虽然仍能进入血液,但是却无法激活和打开葡萄糖通道,从而使得大量葡萄糖继续滞留在血管中。

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目前糖尿病的治疗主要有两种,一种是胰岛素治疗,一种是口服药物治疗,其目的都是为了控制血糖。对于通过改变生活方式和使用口服降糖药仍然不能很好地控制住血糖,或者服用其他药物会给你带来不良影响时就必须使用胰岛素治疗了,目前,胰岛素不能口服,只能利用注射器或胰岛素笔等装置通过皮下注射。而治疗糖尿病的药物有很多的种类,比如抑制人体消化道对糖类的吸收,主要作用是降低餐后血糖的α-葡萄糖苷酶抑制剂(如阿卡波糖),主要作用是刺激胰岛释放更多胰岛素的磺脲类(如格列美脲、格列本脲)等等,这里就不一一列举了。糖尿病患者在去医院做了全面检查后,医生会根据患者的情况开出适合你的药物。虽然这些药物能很好的控制血糖,但是长期使用会对患者的身体产生影响,比如胃肠道不耐受(恶心、呕吐、腹泻、腹胀),心率异常,上呼吸道感染,尿路感染,体重增加,肝功能异常等。因此,对糖尿病以及并发症的防治有明显疗效,对机体没有或很少毒副作用和不良反应的天然产物多糖的挖掘成为近年来降血糖研究的热点。

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灰树花


灰树花(Grifola frondosa (Dicks, ex Fr) S.F.Gray)为担子菌亚门(Basidiomycotina)、层菌纲(Hg-menomycetes)、无隔担子菌亚纲(Holobasid-iomyceidae)、非褶菌目 (Aphyllophrales)、多孔菌科 (Polyporaceae)、树花菌属 (Grigola) 真菌,又名贝叶多孔菌、千佛菌、栗子蘑、云蕈、莲花菌等,日本称之为舞茸 (Maitake)。其主要分布于日本、俄罗斯、北美以及中国长白山区、河北、吉林、广西、四川等地。它是一种食、药兼用的蕈菌,肉质脆嫩,味如鸡丝,营养丰富。

马迅(2007)等从人工培养的灰树花子实体中得到了一种分子量为400~450 KD的MT-α-葡聚糖。其作用机制可能是增加胰岛素敏感性和改善周围组织对胰岛素的抵抗(Lei et al, 2007)。

Kubo (1994) 等分离灰树花子实体多糖过程中,得到了一种具有显著的降血糖活性的糖蛋白,即X-组分(糖 : 蛋白=65 : 35),相对分子量5×105 D, 结构为具有α-1,4-分支的ß-1,6-葡聚糖。

Manohar (2002) 等研究灰树花水溶性提取物FXM(即Kubo提取出的X组分),发现FXM很可能是通过改善胰岛素抵抗达到降糖活性的。

Preuss (2007) 等研究了灰树花提取物SX组分(分子量为20 KD的糖蛋白)对自发性高血压(SHR)大鼠的降糖活性,发现SX组分可以有效改善SHR大鼠的胰岛素敏感性。

Matsuura (2002) 从灰树花子实体里提取出的海藻糖具有α-葡萄糖苷酶抑制剂的活性,可以阻碍身体对葡萄糖的吸收,从而达到降低血糖的功效。这些研究表明,灰树花多糖有抑制人体消化道对糖类的吸收的作用,更主要是增加胰岛素的敏感性改善胰岛素抵抗,这样不仅可以从源头上减少糖的吸收,还能提高身体对胰岛素的利用率。

肖春博士带领团队对灰树花活性多糖降血糖的最新研究进展01

灰树花活性多糖分离纯化

通过微孔滤膜过滤,透析,层析等技术分离纯化获得F1、F2、F3三种单峰多糖,其中F2的制备方法及其降血糖的应用方法于2018年获得美国专利授权(专利号 US10155822B2)。

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灰树花多糖F2主要是由葡萄糖、甘露糖、木糖、半乳糖、阿拉伯糖组成的含有糖醛酸的吡喃环β-型多糖组分。

02

灰树花活性多糖F2具有显著的降血糖作用

利用实验性糖尿病模型,研究发现灰树花活性多糖F2具有降血糖作用。

灰树花多糖F2能够影响胰岛素受体信号通路中的IR、IRS-1与PTP-1B三个靶点,缓解胰岛素抵抗的情况,实现降低血糖的功效。

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F2在胰岛素作用中对信号转导的作用机制

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F2、对IR、IRS-1、PI3K、Akt、PTP1B mRNA表达的影响

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F2对糖尿病大鼠空腹胰岛素水平和HOMA-IR指数的影响

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F2对糖尿病大鼠蛋白表达的影响


参考文献:

[1] Chun Xiao, Qingping Wu, Yizhen Xie, et al. Hypoglycemic effects ofGrifola frondosa (Maitake) polysaccharides F2 and F3 through improvement of insulin resistance in diabetic rats [J].Food &Function,2015.

[2] 吴清平,肖春,谢意珍,杨小兵,李森柱. Process for Preparatin of a Grifola frondosa Polysaccharides F2 and Tts Hypoglycemic Activity灰树花单峰多糖F2的制备及其降血糖活性. 美国, US US10155822B2 [P].2018-12-18.

注:本文部分内容参考了《科普中国》